Molti pensano ai sistemi di azionamento parallelo come a quelli utilizzati nei robot cartesiani/a portale. Tuttavia, i sistemi di azionamento parallelo possono anche essere visti come due o più motori lineari che lavorano in parallelo controllati da un singolo controller. Questo include i robot cartesiani/a portale, ma anche altre importanti aree del controllo del movimento, come i robot monoasse ad alta e altissima precisione con risoluzione e accuratezza di posizionamento nell'ordine del subnanometro e dell'alto picometro. Questi sistemi trovano applicazione in settori quali ottica e microscopia, produzione di semiconduttori, macchine utensili, attuatori ad alta forza, apparecchiature per il collaudo dei materiali, operazioni di prelievo e posizionamento, assemblaggio, macchine utensili per la movimentazione e saldatura ad arco. In definitiva, esistono applicazioni sia nel mondo del micron che in quello del submicron.

Problemi con le unità parallele
Il problema principale di tutti i sistemi a trasmissione parallela è l'allineamento ortogonale: la capacità di mantenere gli assi paralleli perpendicolari. Nei sistemi a trasmissione meccanica come viti, cremagliere e pignoni, cinghie e catene, il problema principale è il bloccaggio del sistema meccanico dovuto a disallineamenti o tolleranze accumulate. Nei sistemi a trasmissione diretta, si aggiunge il problema dell'errore sinusoidale introdotto da errori di installazione e variazioni nei motori lineari.

La pratica più comune per superare questi problemi consiste nell'azionare e controllare ciascun lato del sistema parallelo in modo indipendente, sincronizzandoli elettronicamente. Il costo di un sistema di questo tipo è elevato perché richiede il doppio dei componenti elettronici di azionamento e di rilevamento della posizione rispetto a un sistema ad asse singolo. Inoltre, introduce errori di sincronizzazione e di inseguimento che possono compromettere le prestazioni del sistema.

Ciò che rende possibile il collegamento in parallelo di motori ad albero lineare è la presenza di un motore altamente reattivo. Il movimento dinamico generato da due motori ad albero lineare identici è lo stesso quando viene applicato lo stesso segnale di controllo.

Come in tutti i sistemi di azionamento in parallelo, i motori ad albero lineare devono essere accoppiati fisicamente a un meccanismo che consenta all'asse di muoversi con un solo grado di libertà. Questo fa sì che i motori ad albero lineare in parallelo agiscano come un'unica unità, permettendo il funzionamento con un singolo encoder e un singolo servoazionamento. Inoltre, poiché un motore ad albero lineare installato correttamente funziona senza contatto, non può introdurre alcun vincolo meccanico nel sistema.

Queste affermazioni sono valide per qualsiasi motore lineare senza contatto. I motori ad albero lineare si distinguono dagli altri motori lineari senza contatto per diverse caratteristiche che ne consentono un buon funzionamento in applicazioni parallele.

Il design del motore ad albero lineare posiziona il magnete permanente al centro del campo elettromagnetico, rendendo il traferro irrilevante. L'avvolgimento circonda completamente il magnete, quindi l'effetto netto del campo magnetico è una forza. Ciò elimina virtualmente qualsiasi variazione di forza causata da una differenza nel traferro, dovuta a disallineamenti o differenze di lavorazione, semplificando l'allineamento e l'installazione del motore.

Tuttavia, l'errore sinusoidale, un problema rilevante, potrebbe causare differenze di forza in qualsiasi motore lineare senza contatto.

I motori lineari, come i motori ad albero lineare, sono definiti motori sincroni. In pratica, la corrente viene applicata alla bobina per formare un elettromagnete che si sincronizza con il campo magnetico dei magneti permanenti presenti nella pista magnetica. La forza in un motore lineare è generata dalla forza relativa di questi campi magnetici e dall'angolo del loro disallineamento intenzionale.

In un sistema di azionamento parallelo, tutte le bobine e le piste magnetiche diventano un unico motore quando i loro campi magnetici sono perfettamente allineati. Tuttavia, qualsiasi disallineamento delle bobine o delle piste magnetiche causerà un disallineamento dei campi magnetici, producendo forze diverse in ciascun motore. Questa differenza di forza può, a sua volta, bloccare il sistema. Pertanto, l'errore sinusoidale è la differenza di forze prodotta dal disallineamento delle bobine o delle piste magnetiche.

L'errore sinusoidale può essere calcolato mediante la seguente equazione:

F_dif=F_gen× sin(2πD_dif/MP_nn)

DoveF_dif= differenza di forza tra le due bobine,F_gen= forza generata,D_dif= lunghezza del disallineamento eMP_nn= passo magnetico da nord a nord.

La maggior parte dei motori lineari sul mercato sono progettati con un passo magnetico nord-nord compreso tra 25 e 60 mm con il pretesto di cercare di ridurre le perdite IR e la costante di tempo elettrica. Ad esempio, un disallineamento di appena 1 mm in un motore lineare con un passo di 30 mmnnIl passo comporterà una perdita di potenza di circa il 21%.

Il motore ad albero lineare compensa questa perdita utilizzando un passo magnetico nord-nord molto più lungo che riduce l'effetto dell'errore sinusoidale causato da un disallineamento accidentale. Lo stesso disallineamento di 1 mm in un motore ad albero lineare con un passo nn di 90 mm produrrà solo una perdita di potenza del 7%.

Sistemi di azionamento parallelo
Un posizionamento veramente accurato è possibile per robot monoasse ad alta e altissima precisione solo quando il feedback si trova esattamente nel baricentro del punto di lavoro. Anche la forza generata dal motore dovrebbe essere concentrata esattamente nel baricentro del punto di lavoro. Tuttavia, in genere è impossibile avere il motore e il feedback esattamente nella stessa posizione!

Posizionando un encoder nel centro di massa e utilizzando motori lineari paralleli equidistanti dal centro di massa, si ottiene il feedback e la generazione di forza desiderati proprio nel centro di massa. Questo non è possibile con altri tipi di sistemi di azionamento parallelo che richiedono due set di encoder e servomotori per realizzare questo tipo di azionamento parallelo.

Il sistema a singolo azionamento/unico encoder offre le migliori prestazioni in applicazioni di altissima precisione e rappresenta un enorme vantaggio per i costruttori di sistemi a portale. In passato, i sistemi potevano prevedere due motori diversi che azionavano viti a ricircolo di sfere separate, controllati elettronicamente da due diverse centraline, oppure due motori lineari con due encoder collegati elettronicamente a due azionamenti. Ora, le stesse operazioni possono essere eseguite da due motori lineari, un encoder e un amplificatore/azionamento, a condizione che la rigidità del sistema sia sufficientemente elevata.

Questo rappresenta un vantaggio anche per le applicazioni che richiedono forze estremamente elevate. È possibile collegare in parallelo un numero qualsiasi di motori ad albero lineare, sommando così le loro forze.